BRZ的御用強植？FA20T詳細解構
原文發佈於2013-09-04
斯巴魯BRZ/豐田86上市已經一段時間了，這對兄弟讓人批評最多的是，動力太肉了，根本不能算跑車嘛！而目前市面上各種BRZ/86使用的增壓套件也就應運而生了。早前漢葟汽車服務公司率先從美國引入國內第一台斯巴魯BRZ之後，便著手開始研究BRZ的引擎移植計劃。我們經常掛在嘴邊的STI紅頂神機EJ207或者EJ257，雖然其改裝潛力得到了驗證，龐大的產量也讓這些引擎唾手可得，而且後續可使用的改裝資源也是相當豐富。但根據FA20和BRZ/86的設計來看，這兩款車要移植EJ系列引擎，無異於要將前副車架重做，工程量巨大，似乎並不是第一選擇。在日本擁有特別零部件購買渠道的車主劉先生，看中的是和FA20同宗同族的新貴FA20T，新力獅及新森林人的心臟。FA20，FA20T，這兩副引擎之間只差了一個字母「T」，留下了不小的想像空間，那麼這副FA20T是何方神聖，有何特別，最後也是最關鍵的是，移植BRZ/86的可行性如何？筆者在得知FA20T抵達漢葟之後便立馬安排前往拍攝，目的只有一個，為以上的問題尋求答案。
首先要聊聊FA20引擎誕生的歷程。斯巴魯在2010年發布了用以取代EJ系列，並決定使用到2030年左右的新世代引擎族群，F系引擎，正如你所猜想的，因為F在字母表是在E後面。F系列的首個衍生機型是FB，排量有1.6、2.0以及2.5，名字順理成章地叫做FB16、FB20以及FB25，分別對位取代EJ15、EJ20及EJ25。FB引擎的一個顯著特徵是比起EJ世代長得多的活塞行程，為水平對置引擎油耗較高的問題找對策。而當豐田和斯巴魯合作製造一輛輕型前置後驅跑車的項目確認之後，對於這款車的要求也就隨之成型，前置後驅，利用水平對置引擎長度短重心低的布局優勢，高轉速，缸內直噴達成燃油經濟性和動力輸出的平衡。對於斯巴魯來說，如果單純地在FB的基礎上進行改良，由於引擎一些固有設計上的局限，小修改是達不到要求的。所以工程師乾脆以FB系列為藍本，開發出F系引擎的第二個衍生機型，FA20。
圖：FA20是為BRZ/86而專門開發的一副全新引擎，這樣的說法一點都不過分。然而對於性能愛好者來說，這副引擎還不夠辛辣。
圖：前置後驅布局是斯巴魯的第一次嘗試，如果不是豐田的介入，這個項目也許永遠都無法進入斯巴魯的產品目錄冊。
FA20和FB20之間的差異，比起他們名字之間的差異大得多。正如大家所知道的FA20是以豐田的D-4S「缸內直噴-歧管噴油」結合的供油方式，而FB系列是普通的歧管噴油；此外FB的缸徑行程也和FA20不一樣。長行程引擎能夠更充分地利用混合氣燃燒時對活塞的推力，從而改善引擎的熱效率，所以FB20缸徑84mm而衝程是90mm；相對地為了滿足高轉速要求，FA的行程縮短至86mm而缸徑為86mm，至於86這個數字究竟是巧合還是故意？恐怕只有斯巴魯的工程師們才知道了。不過86X86並非86專利，本田K20系列、三菱4B11系列也都是相同的缸徑衝程數值。此外同樣為了滿足高轉速的強度要求，曲軸軸頸也由FB的48mm加粗到了50mm。為了讓FA20能夠有更高效的空氣吞吐效率，前置節氣門和短促的進氣道是FA20的一個明顯改進，而且進氣門也為了能夠獲得更好的高轉呼吸效率而比FB的進氣門更大。這樣看來，FA系列相較於FB，其實不亞於重新開發。
圖：這顆就是FB20引擎，其與EJ相比主要的變化在於行程延長，以及利用AVCS可變氣門正時系統，令引擎在特定工況下可以實現類似阿特金森循環，節省燃油。
圖：主打運動性和響應性的FA20，很多設計都是專屬的。
圖：FB引擎拆解圖，大家可以留意FB系列的活塞也是大小頭偏心的設計，這樣可以減輕連桿對汽缸壁的側推力，也可以讓連桿更好地躲過缸體。
這樣來說，如果單純為了本來就是瞄準個性化市場，產銷量都不大的小型跑車而重新開發一副引擎，對於斯巴魯來說值得嗎？不是那麼簡單，因為FA旗下最新發布了另外一副引擎，FA20T！FA20T目前有兩個調校，300匹/40.8Kgm使用在力獅B4和力獅旅行版之上，而280/35.7Kgm則服役於森林人。除了力獅版本的引擎前部還有一個引擎腳之外，兩個調校版本的硬體部分是一樣的，分野只是在調校上，畢竟力獅和森林人的定位和訴求是不一樣的。FA20T引擎內部情況不得而知，但目前可以明確的是，FA20T和FA20的引擎缸體設計大體是一樣的，但由於FA20T是一副原裝便配有渦輪的引擎，兩副引擎在很多地方尤其是外部布局有不少差別。
圖：這顆就是傳說中的FA20T了，藏在下方的渦輪真叫人無法淡定。
圖：這是森林人版本的FA20T，可以更完整地看到整顆引擎的布局。
圖：力獅版本FA20T在引擎前方還有一個引擎腳。
圖：而森林人版本則沒有。
圖：在機油濾清器下方突起的底座，是高緯度版本專屬的機油熱交換器，可加速冷車啟動暖車的過程。
其實這副引擎的正確名稱並非叫做FA20T，而是FA20的DIT版，在此特別說明一下。情況就如GC8V其實是GC8的五代目，Version V，為了簡化稱呼才成了GC8V。DIT全稱是Direct Injection Turbo，直噴加渦輪，目前只有FA20T是這一組合。值得一提的是，這套直噴系統是斯巴魯自行研發的，和D-4S不同的是，DIT並沒有歧管噴油用的噴油嘴，也就是和世界上大部分缸內直噴一樣只有噴向氣缸內部的4支噴油嘴。為噴油嘴提供高壓燃油的油泵，安放的位置和FA20相同，而且油泵和高壓油管全都由隔音隔熱的物料所包裹。如果按照其輸出數字來估計，相信這顆高壓油泵和噴油嘴的流量比起FA20的D-4S系統要高出不少。
圖：隔熱棉下就是斯巴魯自行研發的缸內直噴系統。
圖：撥開隔熱棉後，油泵與高壓油管暴露無遺。
圖：加了藍色的是高壓油軌，黃色是進油管，綠色則是噴油嘴的控制線組。
圖：從進氣歧管側面可以看到，FA20T並沒有進氣歧管噴油嘴。
圖：這是FA20的進氣歧管，可以看到兩支安裝在歧管的噴油嘴。
和之前EJ系渦輪增壓引擎的渦輪擺放位置不同的是，FA20T將渦輪「壓」在了引擎的底部。我們可以在水平對置專業戶保時捷的渦輪增壓引擎上看到相似的渦輪高度，不過保時捷慣用的是並聯雙渦輪，加之後置引擎橫向空間比較廣闊，所以將渦輪擱在左右兩側「兩翼齊飛」顯得很瀟洒。而只可能出現在駕駛者前方的FA20T，渦輪的布局就不可能如此洒脫了，斯巴魯工程師成功地祭出了新穎的「前底置」。渦輪就位於油底殼之前，和引擎的排氣孔極為接近。從車底看，排氣芭蕉就像是寄居蟹的幾條長腿，這樣可以改善EJ系列引擎排氣歧管過長由散熱而損失排氣動能的問題，而且引擎位於對稱的水平對置引擎的對稱軸上，四根進氣歧管可以天然地達成等長。完成增壓的空氣從底部向上「吹」，繞到引擎的後上方，進入中冷器，空氣經過頂置中冷器之後，就流入藏在進氣歧管下方的節氣門。
圖：FA20T的渦輪本體。
圖：大家可以在這張圖看到進氣布局，黃色是接空氣濾清器的Suction Pipe，褐色是從渦輪壓氣機吹向中冷器的管路，藍色的則是內排式進氣泄壓閥。
圖：從引擎底部可以看到渦輪系統的布局，從引擎的排氣孔到渦輪廢氣室的管路相對於EJ系大幅縮減，這讓渦輪的工作效率大大提升。
圖：排氣歧管直徑達到了47.5毫米，另一個作為參考的參數是，FA20增壓套件中的排氣歧管管徑為45mm。
力獅、森林人等車型因為有全時四驅的關係，引擎擺放位置在前輪之前，所以進氣的布局和EJ系列相同，為後方進氣，中冷器也是斯巴魯標誌性的頂置，不過為了優化四個氣缸的配氣，節氣門放在了進氣歧管下方的空間內。從渦輪出來的進氣管上行的過程中，需要躲開引擎冷卻系統的上水管，所以有一個小凹槽，或許會一定程度上影響進氣的順暢度。
圖：在進氣歧管中間灰色那一層就是與Denso聯合開發的TGV渦流發生器，內部是一組類似節氣門的閥門，配合不同的引擎負載打開相應角度。
圖：節氣門藏在進氣歧管下方，目測節氣門內徑不及FA20的70mm大。
圖：進入中冷的管道因為引擎布局的緣故有兩個凹陷，一定程度影響了進氣順暢度。
目測FA20T的渦輪達到了4號半至5號渦輪的大小，粗略估算它的馬力極限在370~400匹左右。渦輪進氣側的A/R值是中規中矩的0.60，屬於偏重中段轉速的設定。查看渦輪銘牌，我和我的小夥伴都驚呆了，這個由Honeywell代工的渦輪竟然是產自Honeywell位於偉大高端的魔都上海的工廠，Made in China，繞一圈之後又回家了。在渦輪本體下方的是一個專為渦輪機油進行冷卻的水冷熱交換器。機油流入渦輪潤滑並帶走熱量後，會先進入熱交換器，部分熱量被冷卻液帶走後，才會回到機油循環中去。這一切都被一個位於底部的厚實的鋼製護板保護起來，畢竟渦輪和地面如此接近，而且如此靠前，是有一定的被撞壞的風險的，加上一個護板等於多一重保險吧。
圖：由於渦輪和油底殼非常接近，所以被隔熱罩裹了起來。渦輪採用時下流行的雙循環，即常規的油路再加水冷通路。
圖：底部有一塊厚度達到1.5mm的鋼製護板，加上看上去也很堅固的熱交換器，渦輪「雙保險」。
圖：廢氣側葉片。
圖：中文銘牌。
圖：由於多了一個渦輪，機油循環也要加強，這是由凸輪軸驅動的強化機油泵。
當然，這副FA20T在血統上和FA20一脈相承，而且其性能表現又是如此地讓人垂涎，尤其是在斯巴魯早前放出BRZ的STI版本將會保留自然進氣設定，並且馬力「高達」230匹之後。那麼將它移植給BRZ/86的難度有多大呢？下面按照筆者的愚見，為大家列舉移植時候需要克服的八大問題。
1、引擎腳是否匹配
大家可以從下面這張圖清晰地看到BRZ/86的副車架和FA20的位置關係。設計師為了讓BRZ/86獲得更加平均的前後配重，特意將引擎盡量地往車身中部移動，而取消了前輪傳動系統，也方便了工程師完成這一布局。但對於FA20T來說，無論是力獅還是森林人，標配了斯巴魯的全時四輪驅動系統，所以FA20T引擎的擺放更靠前，因此它們的副車架設計必定和BRZ/86不一樣。另外因為曲軸軸心和後輪軸心不在一個水平面上，所以從側面觀察，引擎是傾斜的，那麼引擎擺放的前後位置，也影響引擎的傾斜度。退一萬步說，假如引擎腳可以完美對應，將一副本來布置靠前的引擎往後靠，會帶來諸如轉向機、制動總泵、防火牆等部位的干涉嗎？
解決方案：需實際安裝後，根據實際情況來研究解決辦法。
圖：FA20系列的引擎腳位於引擎後部，這樣在接上變速箱後引擎腳做支點可取得較好的前後比重。
2、引擎高度
這是一個很顯而易見的問題。BRZ/86為了引擎可以盡量降低，特意優化了進排氣系統的「厚度」和油底殼的深度，令引擎排氣及油底殼部分比FB20要矮了19mm。而FA20T的渦輪位於車底，再加上渦輪本體下方的水冷熱交換器、鋼製護板等，安裝在BRZ/86之後，會讓車子的離地間隙大幅降低甚至超出日常駕駛所必須的程度嗎？一個可以作為參考的事實是，四代目SJ系森林人同時提供搭載FA20T和FB20的型號，所以從引擎互換性來看，FB20的底部厚度或許和FA20T相差無幾。另外從上圖引申出另一個隱憂，渦輪會和副車架產生干涉嗎？此外，斯巴魯為FB系列以及FA20T的進氣歧管加入了TGV（渦流生成閥體），這個可以優化進氣效率的結構，令FA20T引擎的進氣歧管部分比FA20高了65mm。
解決方案：切割或重製副車架的車頭部分，以遷就渦輪擺放；在FA20T的基礎上更換FA20的進氣歧管。
圖：左圖是FA20，右圖是FA20T，大家可以看到兩顆引擎的高度差異，尤其是底部的差異，是移植後能否安心在神州大地上行走的關鍵點。
當然，這副FA20T在血統上和FA20一脈相承，而且其性能表現又是如此地讓人垂涎，尤其是在斯巴魯早前放出BRZ的STI版本將會保留自然進氣設定，並且馬力「高達」230匹之後。那麼將它移植給BRZ/86的難度有多大呢？下面按照筆者的愚見，為大家列舉移植時候需要克服的八大問題。
1、引擎腳是否匹配
大家可以從下面這張圖清晰地看到BRZ/86的副車架和FA20的位置關係。設計師為了讓BRZ/86獲得更加平均的前後配重，特意將引擎盡量地往車身中部移動，而取消了前輪傳動系統，也方便了工程師完成這一布局。但對於FA20T來說，無論是力獅還是森林人，標配了斯巴魯的全時四輪驅動系統，所以FA20T引擎的擺放更靠前，因此它們的副車架設計必定和BRZ/86不一樣。另外因為曲軸軸心和後輪軸心不在一個水平面上，所以從側面觀察，引擎是傾斜的，那麼引擎擺放的前後位置，也影響引擎的傾斜度。退一萬步說，假如引擎腳可以完美對應，將一副本來布置靠前的引擎往後靠，會帶來諸如轉向機、制動總泵、防火牆等部位的干涉嗎？
解決方案：需實際安裝後，根據實際情況來研究解決辦法。
圖：FA20系列的引擎腳位於引擎後部，這樣在接上變速箱後引擎腳做支點可取得較好的前後比重。
2、引擎高度
這是一個很顯而易見的問題。BRZ/86為了引擎可以盡量降低，特意優化了進排氣系統的「厚度」和油底殼的深度，令引擎排氣及油底殼部分比FB20要矮了19mm。而FA20T的渦輪位於車底，再加上渦輪本體下方的水冷熱交換器、鋼製護板等，安裝在BRZ/86之後，會讓車子的離地間隙大幅降低甚至超出日常駕駛所必須的程度嗎？一個可以作為參考的事實是，四代目SJ系森林人同時提供搭載FA20T和FB20的型號，所以從引擎互換性來看，FB20的底部厚度或許和FA20T相差無幾。另外從上圖引申出另一個隱憂，渦輪會和副車架產生干涉嗎？此外，斯巴魯為FB系列以及FA20T的進氣歧管加入了TGV（渦流生成閥體），這個可以優化進氣效率的結構，令FA20T引擎的進氣歧管部分比FA20高了65mm。
解決方案：切割或重製副車架的車頭部分，以遷就渦輪擺放；在FA20T的基礎上更換FA20的進氣歧管。
圖：左圖是FA20，右圖是FA20T，大家可以看到兩顆引擎的高度差異，尤其是底部的差異，是移植後能否安心在神州大地上行走的關鍵點。
圖：從這個角度也許更加明確渦輪和引擎本體的關係。
3、排氣系統
這個看似是個不大的問題，但由於FA20排氣系統設計上的特殊性，這也許是引擎移植的一塊硬骨頭。FA20的排氣系統是從引擎本體的左側（從車頭觀察，下同）往後走的，為此BRZ/86的副車架還特意設計了這麼一個空間讓排氣管從副車架與引擎本體之間穿過。而FA20T的渦輪是左吸右排，排氣管將會從右側通向車尾。而FA20的副車架右側也並沒有預留類似的空間，那麼FA20T上身BRZ/86之後，該怎麼布局呢？繞回左側，還是修改副車架呢？兩種解決方案，處理難度都不小。
解決方案：未知。
圖：排氣管從圖中的左側穿過副車架，而FA20T則需要從右方穿過，夠不夠空間呢？
4、供油系統兼容性
正如上面所說，如果要以FA20進氣歧管換入FA20T，那麼必然要面臨的問題是，FA20的進氣歧管噴油嘴去留問題。如果按照目前直噴引擎如大眾EA113的外掛歧管噴射噴油嘴的改法，FA20的歧管噴油嘴似乎也留下了升級高流量噴油嘴的空間，只不過這就需要有經驗的改裝者，去把握好外掛噴油嘴和缸內噴油嘴之間的協調問題了，畢竟即便是斯巴魯/豐田廠方的工程師，也無法解決D-4S兩個噴油系統轉換時的扭矩下跌問題。
解決方案：以斯巴魯開發的直噴系統為主供油，FA20的歧管噴油嘴作為輔助噴油之用，為日後馬力調升預留供油空間。
5、中冷套件重新設計
更換FA20進氣歧管還會衍生出另外一個問題，那就是將FA20T原本的後方進氣改為FA20的前方進氣，FA20T的頂置中冷系統也只能扔到一邊。對於EJ系列渦輪增壓引擎的玩家來說，原裝前置節氣門就是個求之不得的布局優勢，可以得到更加順暢和更短的渦輪管路，不過EJ引擎要節氣門前置，就得廢掉空調壓縮泵。FA20及FA20T由於是電動助力，取消了方向機泵，所以可以和高高在上的「三巨頭」說拜拜了，只有發電機和空調壓縮機，不過皮帶的張緊機構則放在了壓縮泵和發電機之間，干擾FA20節氣門的移植。改裝者構思前置中冷器位置以及管路的走位，可以預見的是，FA20T的前置中冷套件，一定比增壓器放在節氣門附近的HKS機械增壓套件或者Trust渦輪套件擁有更多可行方案。
解決方案：發電機以及皮帶張緊機構、空調壓縮泵更換為FA20部品，保留前置節氣門；自行開發前置中冷套件。
圖：FA20T的發電機（綠色）、皮帶輪張緊器（黃色）以及空調壓縮泵（紅色）的布局。
圖：再來看看FA20，由於節氣門前置的關係，皮帶張緊器（黃色）移到了發電機下方，而這一個布局的組合也會連同進氣歧管、節氣門一同移植到FA20T上。
6、ECU匹配
ECU的限制性，可以說是導致重度動力改裝的一個越來越大的障礙，高度整合（引擎本身、防盜、變速箱、空調系統等整合）、越來越「難騙」的閉環控制程序、越來越窄的寬容範圍……FA20T移植後，ECU要怎麼選擇呢？如果用FA20T電腦，那麼新進氣歧管取消了TGV，加上換用了新節氣門，是否會出錯呢？而且這也涉及到原車ECU整合了防盜系統，原車的裝置恐怕不能接受外來的ECU和引擎。那麼留用BRZ/86原來的引擎呢？FA20T是有T的，而且FA20T的噴油嘴作動方式也未必和FA20相同。不過這讓我們想到各種BRZ/86改裝增壓系統，不是也多了個增壓器嗎？噴油點火不是也要進行修改嗎？的確，劉先生的選擇也印證了筆者的猜想：留用FA20的原車ECU，然後以外掛電腦或者如ECUTek等原車刷寫電腦去根據新硬體進行重寫。
解決方案：留用FA20的原車ECU，然後以外掛電腦或者如ECUTek等原車刷寫電腦去根據新硬體進行重寫。
圖：FA20T只有一個ECU，相對地，FA20則多出來一個控制缸內噴油嘴的第二ECU。
7、變速箱匹配
力獅、森林人使用的是自家制的Lineartronic CVT新型變速箱，為了對應高輸出，在原有變速箱的基礎上，經過液力變矩器、鋼帶強化的新型號，而FA20搭載愛信生產的AZ6型號6速手動變速箱或者TB65系的6速自動變速箱。那麼FA20T移植上BRZ/86之後能否和原來的AZ6配合默契呢？斯巴魯變速箱一貫的通用性都不錯，但對於BRZ/86和力獅/森林人之間截然不同的車身布局來說，有個不小的難點，BRZ/86的起動機在引擎的左側（車頭方向看），而FA20T的起動機預留位則是在引擎的右側（車頭方向看）。另外要留意的是AZ6標稱承受極限是35Kgm左右，斯巴魯變速箱一向以高性能車中的脆弱分子、絕不虛標耐受極限著稱，對FA20T的耐受性倒是值得觀望。
解決方案：（筆者猜想）加工AZ6變速箱獅頭位，以安裝力獅/森林人之起動電機。
圖：這是FA20，紅色區域就是留給起動機齒輪的位置。
圖：再看回FA20T，起動電機將會安裝在圖中左側左上方的位置。而且可以看到在它的右上方已經不可能再在缸體上加工出起動機齒輪的空間了，所以只能在變速箱殼體上做文章。
圖：FA20的AZ6手動變速箱組裝圖，可以看到圖中左上方是沒有附屬部件的，在這裡加工並安裝FA20T的起動電機似乎並非難事。
8、進氣Suction Pipe部分重做
相比較而言，這最後一個難點幾乎沒有任何難度了，如果以上七個問題都一一解決了，重做一套Suction系統又有何難呢？
解決方案：勤勞勇敢的中國人，無所不能的中國加工重鎮東莞，兩個因素加起來，這個問題根本不是問題好嗎。
漢葟負責人同時也是車主劉先生，也很期待能夠找到以上問題的解決辦法，相比於光看書光上網的紙上談兵，劉先生更傾向於用實際行動來尋找BRZ/86裝上FA20T的門道。只能說，相對於EJ系移植來說，FA20T的移植看起來已經簡單了不少了。那麼什麼時候開始呢？相信你也在期待FA20T上身BRZ/86的那一天吧。
圖：你看看我，我看看你，斯巴魯BRZ的軀體和FA20T現在早已是郎情妾意了，就等哪天讓它們「完婚」結合在一起了。
※又不能上路！搞這麼帥幹嘛……
※不務正業的森林人？我本該如此！
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